CN201508286U - 空气颗粒物采样器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空气颗粒物采样器，包括主机、滤筒外套和采样管；其特征是：采样管(2)为弯管，它的采样嘴(3)的轴线与出气端(4)的轴线相互垂直；采样管(2)的出气端(4)与滤筒外套(1)的上端之间通过可以使采样管(2)在滤筒外套(1)上转动的旋转装置联接，采样管(2)上安装有风向舵(5)。该空气颗粒物采样器，其采样管的采样嘴的轴线始终对准风吹来的方向，采样流速与风速基本相等，可实现等速采样。

Description

空气颗粒物采样器

技术领域

本实用新型涉及一种空气颗粒物采样器，具体地说是一种采集沙尘暴天气、扬沙天气、浮尘天气时空气中颗粒物的采样器。属于环境监测设备技术领域

背景技术

目前，环境监测领域中广泛使用的颗粒物采样器，分为总悬浮颗粒物采样器和可吸入颗粒物采样器两大类。总悬浮颗粒物，即总悬浮微粒，简称TSP，它是指空气功为学当量直径在100μm以下的颗粒物：可吸入颗粒物，简称IP或PM IO’它是指空气动力学当量直径小于10μm的颗粒物，该颗粒物可随呼吸进入上、下呼吸道，故称可吸入颗粒物。近几年来，由于生态环境遭到不同程度的破坏，我国北方地区经常出现沙尘暴天气、扬沙天气、浮尘天气，危害越来越大，引起了国家的高度重视，对上述天气空气中的颗粒物含量的监测已经刻不容缓。总悬浮颗粒物采样器和可吸入颗粒物采样器在使用过程中，通常不考虑风速的大小，空气中颗粒物的密度相对较小，颗粒物的直径范围较窄。总悬浮颗粒物采样器和可吸入颗粒物采样器在采样时，采样的气流必须从下向上垂直进入采样器，采样气流的速度也受到一定的限制，这些采样器不能使风的方向对准采样入口，也不能实现等速采样。因此，总悬浮颗粒物采样器和可吸入颗粒物采样器不适于对沙尘暴天气、扬沙天气、浮尘天气空气中的颗粒物进行采样。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题之一是，提供一种空气颗粒物采样器，解决现有的总悬浮颗粒物采样器和可吸入颗粒物采样器不能使风的方向对准采样入口的问题。

为解决该技术问题，本实用新型采用以下技术方案：一种空气颗粒物采样器，包括主机、滤筒外套和采样管；其特殊之处是：采样管为弯管，它的采样嘴的轴线与出气端的轴线相互垂直。采样管的出气端与滤筒外套的上端之间通过可以使采样管在滤筒外套上转动的旋转装置联接，采样管上安装有风向舵。主机用于对采样管进行抽气，使空气连同颗粒物一起被吸进采样管中，测出采样的流量和采样管的采样嘴的采样流速，主机同时测出风速，并将采样嘴的采样流速与风速进行比较，根据比较的结果，调节采样嘴的采样流速与风速相等。滤筒外套用于安装滤筒，颗粒物被滤筒捕集。采样管的采样嘴的轴线与出气端的轴线相互垂直，只要出气端的轴线处在垂直方向，采样嘴的轴线就会处在水平方向。旋转装置使采样管可以在滤筒外套上转动。风向舵被风吹动，能够驱动采样管在滤筒外套上转动，使采样管的采样嘴对准风吹来的方向。

本实用新型的风向舵为平板状，它垂直放置。风向舵固定在采样管的垂直部分上，它位于与采样嘴相对的一侧。

本实用新型的旋转装置包括压紧螺母、密封圈、滤筒压盖、轴承、密封垫、密封圈和压紧螺母，滤筒压盖上具有凸肩。密封圈位于滤筒外套的上端面与滤筒压盖的凸肩的下端面之间，压紧螺母的内螺纹与滤筒外套上部外表面上的外螺纹配合，压紧螺母压在滤筒压盖的凸肩的上端面上。采样管的出气端的外表面安装在轴承的内圈上，滤筒压盖的内表面安装在轴承的外圈上。压紧螺母的内螺纹与滤筒压盖上部的外表面上的外螺纹配合，密封垫位于滤筒压盖的上端面与压紧蝶、母之间，密封垫的内缘与采样管的出气端的外表面接触。压紧螺母上具有环形槽，密封圈放置在该环形槽中，密封圈的内缘与采样管的出气端的外表面接触。密封垫和密封圈用于对轴承进行密封，防止沙尘等进入轴承中。密封圈用于对滤筒外套与滤筒压盖之间进行密封。

本实用新型的滤筒外套内具有滤筒托架，滤筒托架的上口固定在滤筒外套上，滤筒托架上具有若干通孔。由于在沙尘暴天气风速较大，在等速采样的情况下，采样流速也很大，滤筒托架可以托住滤筒，防止滤筒被流速较大的采样气流冲破。通孔用于使采样气流通过。

本实用新型的通孔为圆孔，并且在滤筒托架上均匀分布。

本实用新型要解决的技术问题之二是，提供一种空气颗粒物采样器，解决现有的总悬浮颗粒物采样器和可吸入颗粒物采样器不能实现等速采样的问题。

为解决该技术问题，本实用新型的空气颗粒物采样器采用以下技术方案：在上述技术方案的基础上，本实用新型的主机包括流量计、抽气泵、风速仪和控制电路。流量计的进风口与滤筒外套连通，流量计的出风口与抽气泵的进风口连通，流量计的信号输出端与控制电路的输入端连接。风速仪的风速传感器单独固定于主机一侧，避免彼此干扰，风速仪的输出端与控制电路连接。控制电路的输出端与抽气泵的电动机连接。流量计可以采用孔板流量计，也可以采样涡轮流量计，它将来样的流量信号转变为电信号，该电信号被输入控制电路中进行处理。抽气泵的电动机D受控制电路控制，它提供采样的抽气动力。风速仪用于将风速信号转变为电信号，该电信号被输入控制电路中进行处理。控制电路根据流量计输出的流量信号计算出来样气流的流速，将该流速与风速仪测得的风速进行比较，根据比较的结果输出控制信号，控制抽气泵的电动机D调节转速，使采样嘴中的采样流速与风速基本相等。

本实用新型空气颗粒物采样器的控制电路包括AID转换器、驱动电路和单片机：流量计的信号输出端与AID转换器的输入端连接，AID转换器的输出端与单片机的I/O口连接：风速仪的输出端与单片机的I/O口连接：单片机的I/O口与驱动电路连接，驱动电路的输出端与抽气泵的电动机D连接。单片机运行程序，采集并储存风速仪测得的风速，采集并储存流量计测得的采样流速，将来样流速与风速进行比较，根据比较的结果向驱动电路输出控制信号，通过驱动电路调节抽气泵的电动机D的转速，使采样流速与风速基本相等，最后根据采样的流量和采样所用的时间，计算出采样的体积。驱动电路受单片机控制，它为抽气泵的电动机D提供合乎要求的电源。如果流量计的信号输出端输出模拟信号(如孔板流量计)，单片机本身内部带有AID转换器，那么可以省去外部的AID转换器，流量计的信号输出端直接与单片机连接。如果流量计的信号输出端输出数字信号(如涡轮流量计)，本实用新型可以省去AID转换器，流量计的信号输出端直接与单片机连接。如果驱动电路要求输入的控制信号为模拟信号，可以增加D/A转换器，D/A转换器的输入端与单片机的I/o口连接，D/A转换器的输出端与驱动电路连接。这种省去AID转换器和/或增加D/A转换器的技术方案，都在本实用新型的保护范围内。

本实用新型的空气颗粒物采样器，由于采样管为弯管，并且安装有风向舵，与旋转装置配合，可以使采样管随风转动，使采样管的采样嘴的轴线始终对准风吹来的方向。由于本实用新型的控制电路能够不断测量风速和采样流速，并对两者进行比较，根据比较的结果输出控制信号，控制抽气泵的电动机D调节转速，使采样流速与风速基本相等，实现等速采样。本实用新型由于具有滤筒托架，对滤筒起到保护作用，防止采样流速较大时冲破滤筒。与现有的总悬浮颗粒物采样器和可吸入颗粒物采样器相比，本实用新型由于能够根据风向的改变，自动调节采样管的采样嘴的方向，使采样嘴的轴线始终对准风吹来的方向，并且能够使采样流速与风速基本相等，保证了对沙尘暴天气、扬沙天气和浮尘天气的空气中的颗粒物含量进行测量的正确性。在风速较大的沙尘暴天气进行采样时，由于采样流速较大，滤筒托架对滤筒起到保护作用，使本实用新型特别适合在沙尘暴天气进行测量。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细描述。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中采样管与滤筒外套的联接关系图的放大图；

图3为本实用新型的电路方框图；

图4为图3中驱动电路的具体电路图。

具体实施方式：

如图1至图4所示，本实施例是一种对沙尘暴天气空气中颗粒物含量进行测量的空气颗粒物采样器，它包括主机、滤筒外套1、滤筒托架14、采样管2、旋转装置、风向舵5、连接管21和支架23。采样管2为弯管，它的一端安装有采样嘴3，另一端为出气端4，采样嘴3的轴线与出气端4的轴线相互垂直。风向舵5为平板状，它垂直放置。风向舵5固定在采样管2的垂直部分上，它位于与采样嘴3相对的一侧。采样管2的出气端4与滤筒外套1的上端之间通过旋转装置联接。旋转装置包括压紧螺母6、密封圈7、滤筒压盖8、轴承9、密封垫10、密封圈11和压紧螺母12。滤筒压盖8上具有凸肩130密封圈7位于滤筒外套1的上端面与滤筒压盖8的凸肩13的下端面之间，压紧螺母6的内螺纹与滤筒外套1上部外表面上的外蝶、纹配合，压紧螺母6压在滤筒压盖8的凸肩13的上端面上。采样管2的出气端4的外表面安装在轴承9的内圈上，滤筒压盖8的内表面安装在轴承9的外圈上。压紧螺母12的内螺纹与滤筒压盖8上部的外表面上的外螺纹配合，密封垫10位于滤筒压盖8的上端面与压紧螺母12之间，密封垫10的内缘与采样管2的出气端4的外表面接触。压紧螺母12上具有环形槽，密封圈11放置在该环形槽中，密封圈11的内缘与采样管2的出气端4的外表面接触。滤筒托架14位于滤筒外套1内，滤筒托架14的上口焊接在滤筒外套1上。滤筒托架14上具有若干通孔15，该通孔15为圆孔，并且在滤筒托架14上均匀分布。主机包括流量计16、抽气泵17、抽气泵外套24、风速仪18和控制电路19。流量计16采用孔板流量计。滤筒外套1的下端与连接管21的上端联接，连接管21的下端与流量计16的进风口联接，流量计16的出风口与抽气泵17的进风口联接。抽气泵17安装在抽气泵外套24内，支架23安装在抽气泵外套24的底部。控制电路19包括AID转换器、驱动电路和单片机。AID转换器采用AD0809，单片机采用80C32。流量计16的信号输出端与AID转换器的输入端连接，AID转换器的输出端与单片机的I/O口连接。风速仪18的输出端与单片机的I/O口连接。单片机的I/O口与驱动电路连接，驱动电路的输出端与抽气泵17的电动机D连接。风速仪18的风速传感器20单独固定于主机一侧。驱动电路包括光电耦合器GD、可控硅T、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1和电容C2。光电耦合器GD采用MOC3021，它的1脚和2脚与单片机的I/O口连接，它的6脚与电阻R1的一端和可控硅T的控制极连接，电阻R1的另一端与交流电源的a端连接。光电耦合器GD的4脚与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与电阻R3的一端和电容C1的一端连接，电容C1的另一端与交流电源的a端连接，电阻R3的另一端与抽气泵17的电动机D的一端连接。可控硅T的第1阳极与交流电源的a端连接，第2阳极与抽气泵17的电动机D的一端连接。电容C2与电阻R4串联，该串联电路

的一端与交流电源的a端连接，另一端与抽气泵17的电动机D的一端连接。抽气泵17的电动机D的另一端与交流电源的b端连接。

使用时，首先称量滤筒22的重量，然后将滤筒22放入滤筒外套1内，滤筒22的上端口放置在滤筒外套1的上端面与密封圈7之间，将滤筒压盖8放置在密封圈7的上面，最后将压紧螺母6在滤筒外套1上旋紧。调节支架23，使采样管2的出气端4的轴线处在垂直位置，采样嘴3的轴线处在水平位置。启动主机，使抽气泵17开始抽气。风吹动风向舵5，风向舵驱动采样管2转动，使采样嘴3的轴线对准风吹来的方向。单片机不断采集风速仪18输出的风速信号和流量计16输出的采样流速信号，并对两者进行比较，根据比较的结果输出控制信号，控制驱动电路调节抽气泵17的电动机D的转速，使采样流速与风速基本相等。采样过程中采样气流中的颗粒物被捕集在滤筒22中。单片机同时记录采样所用的时间，并计算出采样体积。采样结束后，旋开压紧螺母6，就可取下滤筒22进行称量。

Claims (8)

1.一种空气颗粒物采样器，包括主机、滤筒外套和采样管；其特征是：采样管(2)为弯营，它的采样嘴(3)的轴线与出气端(4)的轴线相互垂直；采样管(2)的出气端(4)与滤筒外套(1)的上端之间通过可以使采样管(2)在滤筒外套(1)上转动的旋转装置联接，采样管(2)上安装有风向舵(5)。

2.根据权利要求1所述的空气颗粒物采样器，其特征是：风向舵(5)为平板状，它垂直放置：风向舵(5)固定在采样管(2)的垂直部分上它位于与采样嘴(3)相对的一侧。

3.根据权利要求1所述的空气颗粒物采样器，其特征是：旋转装置包括压紧螺母(6)、密封圈(7)、滤筒压盖(8)、轴承(9)、密封垫(10)、密封圈(11)和压紧螺母(12)，滤筒压盖(8)上具有凸肩(13)；密封圈(7)位于滤筒外套(1)的上端面与滤筒压盖(8)的凸肩(13)的下端面之间，压紧螺母(6)的内螺纹与滤筒外套(1)上部外表面上的外螺纹配合，压紧螺母(6)压在滤筒压盖(8)的凸肩(13)的上端面上：采样管(2)的出气端(4)的外表面安装在轴承(9)的内圈上，滤筒压盖(8)的内表面安装在轴承(9)的外圈上；压紧螺母(12)的内螺纹与滤筒压盖(8)上部的外表面上的外螺纹配合，密封垫(10)位于滤筒压盖(8)的上端面与压紧螺母(12)之间，密封垫(10)的内缘与采样管(2)的出气端(4)的外表面接触：压紧螺母(12)上具有环形槽，密封圈(11)放置在该环形槽中，密封圈(11)的内缘与采样管(2)的出气端(4)的外表面接触。

4.根据权利要求1所述的空气颗粒物采样器，其特征是：滤筒外套(1)内具有滤筒托架(14)，滤筒托架(14)的上口固定在滤筒外套(1)上，滤筒托架(14)上具有若干通孔(5)。

5.根据权利要求4所述的空气颗粒物采样器，其特征是：通孔(5)为圆孔，并且在滤筒托架(14)上均匀分布。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的空气颗粒物采样器，其特征是：主机包括流量计(6)、抽气泵(7)、风速仪(8)和控制电路(19)；流量计(6)的进风口与滤筒外套(1)连通，流量计(6)的出风口与抽气泵(7)的进风口连通，流量计(6)的信号输出端与控制电路的输入端连接；风速仪(8)的风速传感器(20)伸出主机的外壳，风速仪(8)的输出端与控制电路(19)连接；控制电路(19)的输出端与抽气泵(7)的电动机D连接。

7.根据权利要求6所述的空气颗粒物采样器，其特征是：控制电路(19)包括AID转换器、驱动电路和单片机；流量计(6)的信号输出端与AID转换器的输入端连接，AID转换器的输出端与单片机的I/O口连接；风速仪(8)的输出端与单片机的I/O口连接；单片机的I/O口与驱动电路连接，驱动电路的输出端与抽气泵(7)的电动机D连接。

8.根据权利要求7所述的空气颗粒物采样器，其特征是：驱动电路包括光电耦合器GD、可控硅T、电阻RO、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C 1和电容C2；光电耦合器GD采用MOC3021，它的0脚和2脚与单片机的I/O口连接，它的6脚与电阻RO的一端和可控硅T的控制极连接，电阻RO的另一端与交流电源的a端连接；光电耦合器GD的4脚与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与电阻R3的一端和电容C1的一端连接，电容电容C1的另一端与交流电源的a端连接，电阻R3的另一端与抽气泵(7)的电动机D的一端连接；可控硅T的第1阳极与交流电源的a端连接，第2阳极与抽气泵(7)的电动机D的一端连接；电容C2与电阻R4串联，该串联电路的一端与交流电源的a端连接，另一端与抽气泵(7)的电动机D的一端连接；抽气泵(7)的电动机D的另一端与交流电源的b端连接。

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